Glossaire

Ionisation à pression atmosphérique (API)

Terme utilisé pour désigner de manière générale des techniques telles que l’ionisation par électrospray (ESI) et l’ionisation chimique à pression atmosphérique (APCI), ainsi que d’autres techniques fonctionnant à pression atmosphérique.

Ionisation chimique à pression atmosphérique (APCI)

Initialement appelée « électrospray à médiation par solvant », elle est particulièrement adaptée aux molécules neutres qui ne s’ionisent pas facilement directement à partir de la solution. L’APCI consiste à induire un courant sur une aiguille placée dans le jet d’aérosol afin de créer un plasma d’ions métastables à partir du solvant même et de transférer la charge de ces ions à l’analyte lors de son passage dans le plasma. L’aérosol est créé par le chauffage de la sonde par laquelle passe le flux LC ou de solvant.

Chromatographie en phase gazeuse à pression atmosphérique.

Technique développée par Charles McEwen chez DuPont en 2002. À l’aide d’une ligne de transfert chauffée, un effluent GC standard peut être introduit dans une source API standard (ou ESI/APCI) sur un spectromètre de masse. Cela permet de passer facilement et rapidement de l’ESI à la GC pour les composés plus facilement analysables par GC. L’ionisation peut se faire par APCI ou APPI.

Photoionisation à pression atmosphérique (APPI)

Développées dans les années 80, mais commercialisées après l’an 2000 lorsque l’on a découvert que les lampes au krypton généraient une énergie photonique suffisante à environ 10 eV pour ioniser des analytes apolaires, tels que les HAP et les stéroïdes, qui ne se prêtaient généralement pas à l’ionisation par ESI et APCI.

Pic de base

Il s’agit généralement du pic le plus intense du spectre auquel les autres pics sont comparés. Dans les techniques d’ionisation qui fournissent des informations détaillées sur les structures, comme l’EI, le pic de base n’est pas systématiquement l’ion parent ou l’ion moléculaire.

Étalonnage

Consiste généralement à introduire des substances de masse connue sous forme d’un flux à débit constant, tandis que le logiciel du spectromètre de masse acquiert un signal pour un ensemble donné de conditions de filtrage (c’est-à-dire le rapport RF/CC pour un instrument quadripolaire). Après avoir comparé le signal acquis à un fichier de référence, un tableau de référence d’étalonnage est créé dans le logiciel. Le tableau d’étalonnage sert alors de base pour attribuer une valeur donnée aux rapports masse/charge transmis par les quadripôles. Consultez la rubrique « Analyse quantitative et étalonnage » du guide technique consacré à la spectrométrie de masse.

CI (ionisation chimique)

On induit des collisions à vide peu poussé (0,4 torr) en introduisant un réactif destiné à améliorer la production d’ions moléculaires et souvent la sensibilité. Comme ce processus nécessite une énergie bien moindre par rapport l’ionisation par impact électronique, la fragmentation y est réduite, ce qui lui vaut l’appellation de technique d’ionisation douce. Voir « Ionisation électronique ».

DART (Analyse directe en temps réel)

Développée, entre autres, par Robert Cody en 2002, cette technique est similaire à la DESI en pratique, mais se rapproche davantage de l’APCI de par sa fonction. Un échantillon est placé sur un substrat et bombardé de particules sous tension formées dans un processus similaire à l’APCI. Des ions métastables sont formés par un plasma et transportés par de l’azote gazeux chauffé dirigé vers la cible. Voir également les travaux de McEwen répertoriés sous GC à pression atmosphérique et ASAP.

DESI (Désorption-ionisation par électrospray)

Décrit pour la première fois par Graham Cooks en 2002 comme un moyen de produire des ions secondaires mous à partir (généralement) d’une surface de substrat inerte. À l’instar de la MALDI, elle utilise une sonde ESI orientée à un angle d’incidence d’environ 50° par rapport à la surface, permettant aux ions de se pulvériser chimiquement et de pénétrer dans le spectromètre de masse. Elle permet d’obtenir des informations directement à partir de nombreux matériaux de surface polaires et apolaires (peau, fruit intact pour la détection de résidus de pesticides, etc.) sans qu’il soit nécessaire de préparer les échantillons. Voir également les travaux de McEwen répertoriés sous GC à pression atmosphérique et ASAP.

DIOS (Désorption-ionisation sur silice)

Technique autrefois considérée comme une alternative à la préparation des échantillons dans un substrat MALDI, notamment pour les petites molécules, car le substrat (surface de silice nue) ne générait pas d’ions interférents. Elle a perdu en popularité à la fin des années 90 en raison des difficultés rencontrées pour produire les plaques et de la sensibilité de la surface à la contamination.

EI (Ionisation électronique)

Parfois appelée à tort ionisation par « impact électronique », cette technique résulte de l’interaction d’un électron avec une particule (atome ou molécule). Elle peut être considérée comme une technique d’ionisation « dure » étant donné qu’une quantité suffisante d’énergie est fournie pour rompre les liaisons chimiques internes nécessitant une valeur élevée de kcal/mol. La tension d’ionisation (généralement 70 eV) désigne la différence de tension provoquant l’accélération des électrons, utilisée pour induire l’ionisation électronique. Contrairement à la CI, l’EI évite les collisions incontrôlées en fonctionnant sous vide poussé. L’analyseur fonctionne sous un vide encore plus poussé (10^-4 à 10^-6 torr).

Ionisation par électrospray (ESI)

Technique d’ionisation dite « douce ». Il s’agit de la technique d’ionisation à pression atmosphérique (API) la plus répandue. Très populaire depuis la fin des années 80, elle s’appuie sur un excès d’énergie (tensions de l’ordre de 3 à 5 kV) appliqué à un tube conducteur (capillaire en acier inoxydable), qui amène le liquide s’écoulant à l’intérieur à dépasser sa limite de Rayleigh et à former un aérosol à sa sortie du tuyau. La nébulisation qui en résulte (résultat d’une explosion coulombienne) crée alors des ions dans les gouttelettes d’aérosol lors de leur désolvatation jusqu’à atteindre un rayon d’environ 10 µm. Les ions sont typiquement protonés et détectés sous la forme M+H+ en mode d’ionisation positive ou M-H- en mode d’ionisation négative.

FAB (bombardement d’atomes rapides)

Technique d’ionisation douce qui permet généralement d’obtenir un ion moléculaire intense avec peu de fragmentation. Déposé sur une matrice (souvent du glycérol) sous forme de flux LC ou statique sur une sonde, l’analyte est placé sur le trajet d’atomes à haute énergie, souvent du xénon ou de l’iodure de césium.

Bien que cette technique s’avère efficace pour des biomolécules jusqu’à 10 000 uma, elle est principalement employée en association avec un spectromètre de masse à secteur magnétique, où elle permet de déterminer la masse exacte de composés comme les nouveaux peptides. Elle peut offrir une très bonne sensibilité (concentration de quelques femtomoles) et a permis de développer de nombreux concepts (comme la FAB statique). La technique peut être difficile à maîtriser, car le glycérol encrasse la source du spectromètre de masse et les masses les plus faibles peuvent être masquées par la présence d’ions glycérol. Elle est peu utilisée depuis l’arrivée de l’ESI.

Ionisation de champ (FI)

Technique d’ionisation douce, la FI induit peu ou pas de fragmentation pour une grande variété d’analytes. Cette caractéristique est particulièrement importante dans les applications pétrochimiques, où d’autres techniques d’ionisation présentent une utilité limitée en raison de la fragmentation (EI) ou de caractéristiques d’ionisation complexes (CI). Un fil fin soumis à une tension élevée est chauffé dans la vapeur d’un composé organique tel que l’indène. Se déposent alors sur la surface du fil des structures appelées « dendrites », qui sont ensuite pyrolysées pour produire de fins filaments très conducteurs. Lorsqu’une pointe très fine est soumise à un potentiel élevé, un champ électrique très intense est généré au niveau de cette pointe, créant ainsi des conditions favorables à l’ionisation de champ.

Les molécules de l’échantillon passent à proximité immédiate des extrémités d’une masse de dendrites de carbone qui s’est formée sur l’émetteur FI. L’émetteur FI est placé juste à côté d’une paire de tiges d’extraction creuses. L’émetteur est maintenu au potentiel de la terre et une tension relativement élevée (12 kV) est appliquée aux tiges, produisant des champs électriques très intenses autour des pointes des dendrites de carbone. La colonne GC est placée à proximité et dans l’alignement du fil de l’émetteur. Sous l’influence des champs électriques, un électron de valence est arraché à la molécule par effet tunnel quantique, ce qui crée un ion radicalaire.

FIA (analyse par injection en flux continu)

Cette pratique consiste à introduire un échantillon (généralement purifié en amont pour éliminer les interférences et la complexité du spectre résultant) à travers l’injecteur LC, mais sans utiliser de colonne. Le système LC sert uniquement à introduire l’échantillon.

Filament

En ionisation électronique, le filament produit les électrons qui interagissent avec l’analyte à des fins d’ionisation. Il est généralement constitué d’un fil métallique (plat ou rond) pouvant dégager une énergie de 70 eV lorsqu’il est chauffé par le courant qui le traverse.

Ion fragment

Ion généré par la perte d’un ion moléculaire parent. La somme des ions fragments dissociés est égale à l’ion parent. Dans des conditions données, la fragmentation aura toujours lieu au niveau des mêmes liaisons internes pour produire un motif prévisible (mêmes ions et abondances relatives pour chacun). Voir également Ion produit (Ion dérivé), pour certaines analyses en mode MRM.

Hybride

Désigne généralement un instrument qui combine deux technologies différentes, par exemple les anciens systèmes hybrides Micromass combinaient un secteur magnétique et des quadripôles. Un exemple plus actuel serait l’instrument Q-Tof, qui associe un quadripôle et un tube de vol.

Ion

Les spectromètres de masse peuvent manipuler et donc détecter une masse uniquement si elle possède au moins une charge. En conditions de basse résolution, on peut considérer que l’ion représente la masse moléculaire lorsqu’une seule charge est présente. La présence d’un ion monochargé peut traduire, par exemple, la perte d’un électron provoquant l’existence de la molécule sous forme de cation radicalaire chargé positivement ou l’ajout d’un proton ou d’un atome hydrogène donnant lieu à un ion pseudomoléculaire chargé positivement.

Courant ionique (courant ionique total)

Courant électrique détecté induit par les particules chargées créées dans la source d’ionisation. Si le spectromètre de masse est configuré pour effectuer un balayage sur une plage de 100 à 500 Da, le courant ionique total obtenu sera la somme de tous les ions présents dans la source sur cette plage à un moment donné. Si l’instrument est configuré pour détecter un seul ion (suivi d’ion unique), le courant ionique total obtenu sera la somme du signal pour cet ion à chaque instance sélectionnée.

Source d’ionisation

Espace physique du flux ionique, situé en amont de l’analyseur, où l’analyte est ionisé. Chaque type d’interface nécessite sa propre géométrie interne pour obtenir des résultats optimaux.

Rapport isotopique

Bien que l’on suppose souvent qu’ils sont constants et stables, les rapports d’abondance naturelle des isotopes présentent des variations significatives et caractéristiques lorsqu’ils sont mesurés avec une grande fidélité. La mesure des rapports isotopiques est utile dans de nombreuses applications. Citons quelques exemples : les études métaboliques, qui utilisent comme traceurs des éléments enrichis en isotopes ; les études du climat, qui mesurent les rapports isotopiques de l’oxygène et du carbone, variant en fonction de la température, dans les foraminifères ; datation des roches, qui utilise des isotopes radiogéniques d’éléments tels que le plomb, le néodyme ou le strontium ; l’identification des sources, qui utilisent les rapports isotopiques du carbone pour déterminer, par exemple, si une substance est d’origine naturelle ou un produit synthétique dérivé du pétrole.

En général, on utilise des spectromètres de masse à secteur magnétique à simple focalisation avec plusieurs détecteurs fixes (un par isotope). Les composés complexes sont réduits en molécules simples avant la mesure. Par exemple, les composés organiques sont brûlés pour produire des molécules de CO₂, d’H₂O et du N₂.

Désorption-ionisation laser assistée par matrice (MALDI)

Introduite en 1988 par Tanaka, Karas et Hillenkamp, cette méthode utilise un laser pour frapper et activer une matrice contenant l’analyte. Elle s’est avérée être la méthode de choix pour l’ionisation de molécules de peptides et de protéines exceptionnellement grosses, qui peuvent ensuite être détectées en masse intacte. Elle est couramment utilisée pour introduire les analytes dans un instrument à temps de vol (Tof).

Rapport masse/charge (m/z)

Les particules chargées sont représentées par un rapport entre leur masse et leur charge ionique. Dans les publications et l’usage courant, ce rapport est souvent noté « m/z », alors que l’analyte à partir duquel l’ion est dérivé peut être exprimé en unités de masse atomique (uma), en daltons ou selon leur masse moléculaire (mw).

Libre parcours moyen

Distance entre l’entrée d’un ion dans l’analyseur et sa détection. Dans des conditions de vide suffisantes, le libre parcours moyen est relativement long si l’on compare le temps entre les collisions dans l’air raréfié et le temps nécessaire à l’analyse d’un ion. Exemple :

L’atmosphère (1 000 torr) contient 3 × 10²² molécules/cm

La chambre à 1 × 10-5 torr contient 3 × 10¹¹ molécules/cm

l ¸pression (torr) = libre parcours moyen minimum (en cm)

où l = 5 x 10-3 cm

Ion moléculaire

Ion produit lorsqu’une molécule gagne (anion) ou perd (cation) un électron. Voir aussi Ion pseudomoléculaire.

MRM (Suivi de réactions multiples)

Expérience spécifique aux spectromètres de masse triple quadripolaires, où un ion parent est filtré dans le premier quadripôle (Q1), une collision est ensuite induite entre l’ion parent et une molécule (généralement un gaz tel que l’argon) dans le quadripôle du milieu ou « à RF uniquement » (Q2), puis un ion produit spécifique issue de cette collision est détecté (Q3). Elle est utilisée dans les analyses quantitatives à haute cadence, notamment dans l’industrie pharmaceutique.

Ion parent

Synonyme du terme plus exact d’« ion précurseur », ce terme est généralement interchangeable avec celui d’« ion moléculaire ». L’utilisation de ce terme implique la présence d’un ion produit en mode MRM. Voir « Ion produit ».

Faisceau de particules (MAGIC, Thermabeam)

Développée à l’origine par Georgia Tech et appelée MAGIC (acronyme Monodisperse Aerosol Generating Interface for Chromatography, soit interface génératrice d’aérosol monodispersé pour la chromatographie) par Browner et al, cette technique a ensuite été affinée et est aujourd’hui connue sous le nom générique de « faisceau de particules ». Le flux LC est chauffé et nébulisé pour éliminer le solvant. Les pompes à vide aspirent les vapeurs de solvant à travers des cônes épurateurs montés en série (généralement deux). On obtient alors une particule « séchée » qui accélère à travers le séparateur cinétique et impacte la source du spectromètre de masse, produisant des spectres d’ions fragments similaires à ceux de la GC/MS traditionnelle. Cette technique est aujourd’hui très peu utilisée.

Sonde, également appelée sonde pour échantillons solides ou sonde à insertion directe

Tige de métal insérée dans la source du spectromètre de masse via un sas à vide. Les échantillons peuvent être appliqués sur l’extrémité de la sonde et placés sur le trajet d’un faisceau d’ionisation. Généralement utilisé pour l’EI et d’autres expériences manuelles sur des échantillons uniques. Les échantillons peuvent également être appliqués dans une matrice améliorant l’ionisation, comme dans le cas de l’ionisation par FAB. Voir FAB.

Ion produit

Anciennement appelés « ions dérivés », ils sont le résultat d’expériences contrôlées au cours desquelles des collisions entre un ion précurseur (ou « parent ») et une molécule sont intentionnellement induites pour provoquer une fragmentation. La collision crée un ion produit spécifique à l’ion précurseur et permet d’identifier le composé. Voir MRM (Suivi de réactions multiples).

Ion pseudomoléculaire

Désigne généralement l’ajout d’un proton (par exemple, M+H) ou d’un ion (par exemple, M+NH₄ dérivé du sel d’ammonium couramment utilisé dans la phase mobile) qui altère l’analyte d’intérêt d’une manière relativement identifiable. La charge permet le traitement de l’analyte par le spectromètre de masse.

Quadripôle (Quad)

Fonctionnalité à la base du type de spectromètre de masse le plus répandu. Quatre tiges (souvent d’un diamètre maximal de 2,5 cm et d’une longueur inférieure à 30 cm) sont maintenues par des bagues de façon parallèle (à environ 2,5 cm les unes des autres). Le filtrage, ou le passage d’une particule chargée donnée le long du quadripôle, s’effectue en appliquant aux tiges une tension CC (courant continu) et une tension RF (radiofréquence). Les différentes masses, et les charges associées, sont affectées par la modification des tensions RF/CC. Les tiges sont connectées en paires opposées, chacune faisant tour à tour office de pôle positif et négatif sous l’effet de la source RF.

Pour un réglage étalonné donné, seules les particules ayant le rapport masse/charge correspondant passent (on note ce rapport m/z, à peu près équivalent à la masse moléculaire). Avec le même réglage, les particules plus lourdes auront une trajectoire oblique (les réglages de tension n’ayant que peu ou pas d’effet sur ces particules) et les particules plus légères seront piégées. Dans les deux cas, les particules n’atteindront pas le détecteur. Les quadripôles peuvent modifier et stabiliser les champs en moins de 10³ secondes, ce qui permet d’observer dans le temps plusieurs masses moléculaires par balayage, bien que moins de particules chargées soient détectées pour une masse moléculaire donnée.

Résolution (méthode de la vallée à 10 %)

Distance minimale entre deux masses voisines de réponse à peu près égale, à laquelle le spectromètre de masse est capable de distinguer des ions de rapport masse/charge différent. Elle est plus généralement utilisée avec les secteurs magnétiques. Elle est calculée comme suit :

Résolution (M/ΔM)

Plus couramment utilisée comme mesure où une masse donnée est divisée par la résolution à la largeur totale du pic à mi-hauteur (FWHM). La définition précédente (méthode de la vallée à 10 %) prévalait avec les instruments à secteur magnétique et exigeait que les masses voisines soient d’intensité égale. Par exemple, une valeur de résolution type pour un quadripôle est de 0,6 uma à la largeur totale à mi-hauteur. Mesurée à l’aide d’un pic acquis à un rapport masse/charge de 3 000 (équivalent en daltons ou en uma), elle équivaut à une résolution de 5 000. Les résultats des deux techniques sont à peu près comparables, cette méthode donnant généralement des valeurs doubles à celle de la méthode de la vallée à 10 %.

Balayage

Voir aussi Suivi d’un ion unique, Quadripôle et Courant ionique. Les tensions de contrôle (CC et RF) sont ajustées par l’ordinateur sur une durée donnée pour balayer (détecter) toute particule chargée dans la plage spécifiée. Cette capacité à détecter plusieurs espèces se fait au détriment de la sensibilité, car certaines des particules souhaitées ne pourront sans doute pas être détectées lorsque le réglage est défini sur une autre partie de la plage.

Suivi d’ion unique (SIM)

Également appelé Fragmentogramme (SIR). Voir aussi Quadripôle et Balayage. Les paramètres de tension CC et RF des quadripôles peuvent être ajustés pour ne laisser passer qu’une seule particule chargée (un seul rapport masse/charge) jusqu’au détecteur. Cela réduit drastiquement le bruit, ce qui permet au signal d’afficher une augmentation importante de la sensibilité (toutes les particules de cette valeur m/z sont détectées en permanence) aux dépens de toutes les autres particules du mélange analysé.

Thermospray

Bien que les publications fassent état de ce type d’interface depuis longtemps, il n’a été popularisé qu’au début des années 80. Le solvant de LC à un débit d’environ 1 mL/min est chauffé dans une sonde (tubulure isolée d’environ 30 à 60 cm de long et de 75 à 150 µm de diamètre interne) pour produire de la vapeur qui est ensuite nébulisée dans le spectromètre de masse. Les ions créés par la désolvatation des gouttelettes d’aérosol dans l’enceinte du spectromètre de masse pénètrent dans l’analyseur (à angle droit par rapport au nébuliseur) et sont affectés par les tensions de la lentille. Voir Balayage, Courant ionique total.

Les spectres produits sont appelés spectres d’ionisation douce, car cette technique produit peu de fragmentation significative. Elle produit une quantité importante d’ion moléculaire. Et, bien qu’il peut sembler peu utile de disposer d’un ion unique dans certains milieux et mélanges, cela s’avère très utile pour confirmer la présence de composés à masse moléculaire élevée avec une grande sensibilité et pour filtrer un ion cible en vue d’une fragmentation supplémentaire (MS/MS). Selon certaines publications, cette technique offre une sensibilité de quelques pmol pour les métabolites de la vitamine D. L’interface était généralement utilisée pour des composés hautement polaires, tels que les métabolites, jusqu’à l’optimisation de l’APCI au début des années 90. Ses performances étaient limitées avec des liquides à haute teneur organique.

Cette technique n’est plus utilisée en routine.

Spectromètre de masse à temps de vol (Tof)

Analyseur de masse qui sépare des ions de rapports masse/charge différents en fonction du temps qu’ils mettent à parcourir une région sous vide et à champ nul après avoir reçu la même quantité de mouvement. La vitesse des ions dépend de leur rapport masse/charge et, comme les ions parcourent une distance fixe, le temps nécessaire pour atteindre le détecteur permet de déterminer les rapports masse/charge, les ions plus lourds prenant plus de temps.

Réglage

Fait généralement référence à l’optimisation des lentilles de l’interface et du débit de gaz pour obtenir la réponse souhaitée pour un analyte donné dans un ensemble de conditions opératoires, par opposition à l’étalonnage. L’étalonnage définit l’acquisition des masses et la fonction de rapport. Les paramètres matériels des lentilles et des circuits associés, ainsi que la création d’un tableau de référence logiciel, définissent une réponse stable de l’instrument, corrigée par rapport à une liste de masses connues à partir d’un flux d’étalon tel que le PEG ou le NaCsI.

Vide (torr)

Équivalent à 1 mmHg (1 psi=51,7 torr=0,069 bar ou atm). L’analyseur du spectromètre de masse doit généralement être maintenu à un minimum de 10^-4 torr pour séparer les particules ionisées. Les pressions qui tendent vers une pression atmosphérique provoquent des interactions ion-molécule qui peuvent produire des résultats aléatoires dans la détection des particules chargées plus en aval. Dans des conditions contrôlées, de telles collisions sont induites à un vide peu poussé (pression plus élevée) pour des techniques telles que l’ionisation chimique (CI).